domingo, 3 de julho de 2011

Princípios de Transmissão

INTRODUÇÃO
      Não temos nenhuma dúvida de que um dos assuntos mais empolgantes da eletrônica é o que trata da emissão de ondas de rádio. De que modo ondas invisíveis que se propagam a enorme velocidade, podem levar informações a distância? Sabemos do interesse que nossos leitores têm por transmissores de todos os tipos e que, não raro, os montam com as mais diversas finalidades, daí prepararmos este trabalho que visa divulgar alguns projetos simples, porém eficientes, de transmissores, além de dar infor- mações sobre seu funcionamento, operação e alcance. 
Os projetos são todos realizados com componentes facilmente encontrados em nosso comércio e sua operação deve estar condicionada às exigências legais no caso em que o alcance suplantar o âmbito domiciliar. Em especial, alertamos que a emissão de ondas em faixas destinadas a serviços de telecomunicações públicas que lhes cause interferência está sujeita a sanções legais. Cuidado, pois, para não violar as leis de telecomunicações em nosso país. Será conveniente, antes de iniciar a montagem de qualquer destes circuitos, efetuar uma consulta quanto a legislação em vigor. 

1. O que são ondas de rádio? 

A primeira pergunta que se faz ao se tentar explicar o funcionamento de um transmissor é essa. Sua resposta é simples: a movimentação de corrente elétrica em fios condutores produz perturbações de natureza eletromagnética que podem se propagar pelo espaço. 

Estas ondas se propagam com a mesma velocidade da luz (que também é uma onda eletromagnética), ou seja, 300.000 quilômetros por segundo. 

Estas ondas se propagam em linha reta, mas podem mudar de trajetória ligeiramente quando passam de um meio de maior densidade para outro de menor densidade (refração), ou quando se refletem em objetos de porte. Veja a figura 1. 



2. Todas as ondas de rádio são iguais? 

O que diferencia as ondas eletromagnéticas usadas nos serviços de comunicações é a sua freqüência, que é medida em Hertz (Hz). Temos, então, ondas de menores freqüências, como por exemplo, de 500.000 a 2.000.000 Hz (dizemos 500 quilohertz, onde quilo é milhares; e mega, milhões), até as de maiores freqüências como as que têm valores entre 100.000.000 e 200.000.000 Hz ou entre 100 MHz e 200 MHz (M = Megahertz). 

Dadas as diferentes propriedades destas ondas, sua utilização na prática é diferente. 

3. O que determina o alcance de uma onda de rádio? 

Na prática, quanto mais alta for a freqüência, maior será a sua penetração, no sentido de que, com menor potência (quantidade de energia irradiada) podemos alcançar mais longe. No entanto, existem alguns "senões" que impedem que isso seja totalmente real. 

Um deles é a existência de uma camada na atmosfera dá Terra que reflete somente determinadas ondas, e o outro é a própria curvatura da Terra. 

Assim, as ondas de determinada faixa (ondas curtas) entre 2 MHz e 30 MHz tipicamente podem refletir-se na camada ionizada da atmosfera, chamada ionosfera e, assim, alcançar grandes distâncias, enquanto que outras ondas de maior freqüência, acima de 50 MHz não conseguem fazê-lo e têm alcance limitado pela linha visual. 



Assim, conforme mostra a figura 2, um sinal de onda curta relativamente fraco, pode "dar a volta ao mundo" em reflexões sucessivas, possibilitando que uma emissora do Japão seja ouvida no Brasil, enquanto que um potente transmissor de FM não alcança mais do que 200 km, que é limitado pela linha do horizonte. Por outro lado, o mesmo transmissor de FM, se dirigido para cima, pode ser captado na Lua, ou mesmo em Marte, a milhões de quilômetros de distância, porque não existe obstáculo algum entre eles! 

Não é só a potência que determina o alcance de uma onda, mas também a sua freqüência em função da presença da ionosfera, obstáculos e a própria curvatura da Terra! 

Para curtas distâncias, entretanto, podemos ter maior alcance com um transmissor de alta freqüência (VHF ou FM) do que um de AM. 

4. O que significa VHF, FM e AM? 

Estas siglas designam modos de transmissão. AM significa Amplitude Modulada e é um processo usado nas transmissões de rádio locais (550 a 1600 kHz) e nas transmissões de ondas curtas (1.600 a 30.000 kHz). 

Por outro lado, FM significa Freqüência Modulada que é um processo de transmissão usado na emissão de música com fidelidade e menos sujeita a interferências, com freqüências muito altas. Estas freqüências estão entre 88 e 108 MHz, que está dentro da faixa de VHF. VHF é a abreviação correspondente em português de Freqüência Muito Alta e esta faixa se estende de 30.000 kHz (50 MHz) até 300.000.000 Hz ou 300 MHz. 

5. Como são divididas as faixas de emissão? 

Para haver um uso disciplinado das ondas eletromagnéticas existe uma legislação internacional bem definida que diz onde cada tipo de emissão deve ocorrer. É então feita uma divisão por faixas, ou seja, valores de freqüências que são usados para cada tipo de serviço. 

Assim, de 100 kHz a 500 kHz as ondas são usadas em comunicação militar e aviação; de 550 a 1600 kHz temos a radiodi- fusão de ondas médias; de 1600 kHz a 50.000 kHz temos a divisão em faixas que são destinadas a serviços públicos, radioamadores, comunicação rural, empresas privadas, aviação e radiodifusão de longa distância; de 50.000 kHz a 300.000.000 Hz (VHF) temos a utilização em serviços públicos, policia, FM, aviação, bombeiros, comunicação naval etc. 

A legislação sobre as transmissões em cada freqüência é bem rígida e determinam a freqüência que cada um pode operar, a potência e as condições. 

Existem viaturas de fiscalização que são dotadas de receptores sensíveis e que são capazes de localizar transmissores clandestinos e apreendê-los. A cada estação é dado um prefixo que deve ser usado como identificação para que se saiba se ela é registrada, ou não. 

6. Pode-se operar um transmissor experimental sem necessidade de licença? 

Sim, desde que sejam seguidas algumas normas que visam evitar que ele interfira nos serviços normais de telecomunicações. Uma delas é a limitação da potência, para evitar que os sinais possam ir muito longe e, assim, reduzir a probabilidade de chegarmos a um receptor que precise usar a mesma freqüência. 

Outra delas é a utilização de faixas destinadas a esta finalidade. 

Admite-se, por exemplo, a utilização de pequenos transmissores a pilhas na faixa de 27 MHz, ou então, de FM (88 a 108 MHz). 

Nos outros casos, o operador deve ser licenciado, ou então, radioamador que possua um prefixo e opere exclusivamente nas freqüências a ele destinadas. 

Quanto a recepção, não existe qualquer impedimento legal. 

7. O que é um transmissor? 

Um transmissor é um aparelho que produz ondas eletro- magnéticas ou ondas de rádio, agregando-lhes informações, como por exemplo, na forma de código telegráfico ou do som de um microfone. 

8. Qual a finalidade da antena? 

A antena tem por finalidade transferir o sinal gerado pelo transmissor para o espaço. 

Ao contrário do que se pensa, uma antena não é tanto mais eficiente quanto maior seja. A eficiência da antena depende de suas dimensões, que devem ser calculadas em função da freqüência. Quando as dimensões "casam" com a freqüência, toda a energia do transmissor é transferida para o espaço, e assim o sinal de rádio vai mais longe. Já se sabe (e é comum) casos em que com apenas 0,01 Watt de potência se consegue falar de um país para outro com uma boa antena! 

9. Que tipo de transmissor vamos montar? 

A finalidade deste trabalho é experimental e recreativo, mas mesmo assim, alguns transmissores podem ser adaptados para a faixa de radioamadorismo pelos que sejam licenciados. Assim, na operação normal, os transmissores mais potentes de- vem ser usados de forma limitada, sem antenas externas para que não ocorram problemas locais. 

Daremos, então, alguns projetos de pequena potência, outros de média e eventualmente um de maior potência, isso na faixa de ondas médias, e FM com possível adaptação para onda curta. 

Como funcionam os transmissores 

A base de um transmissor, normalmente, é um oscilador de rádio-freqüência que pode ter por componente básico um transistor, ou válvula, conforme mostra a figura 3. 



Neste circuito observamos a realimentação de sinal necessária a manutenção das oscilações e o circuito sintonizado. E o circuito sintonizado formado por uma bobina e um capacitor que determinam a freqüência de sua operação. 

Quanto maior for o número de voltas da bobina mais baixa será a freqüência de operação. O ajuste da freqüência pode ser feito tanto pela movimentação do núcleo da bobina, quando ele existir, quanto através de um capacitor variável ou trimer. 

Para a faixa de ondas médias enrolamos tipicamente de 90 a 100 voltas de fio 26 ou 28 em torno de um bastão de ferrite de 1 cm de diâmetro e de 10 a 20 cm de comprimento. Para a faixa de FM enrolamos de 3 a 4 voltas de fio 22 ou 20 sem fôrma com diâmetro de 1 cm. Para a faixa de VHF a bobina será igual a anterior com 1 ou 2 voltas a menos. 
Para as potências mais elevadas, o sinal tirado desta etapa osciladora é levado a um amplificador. 
Diversas são as formas, segundo as quais o sinal pode passar de uma etapa para outra. 


Na figura 4 temos duas formas que se distinguem pela eficiência. 

No primeiro caso, temos um acoplamento capacitivo em que o sinal passa para a etapa seguinte através de um capacitor. O casamento de impedância neste circuito não é o ideal, mas o circuito funciona, com rendimento razoável. O capacitor deve ter uma reatância baixa na freqüência de operação. Para AM temos valores entre 100 pF e 470 pF. Para FM entre 2 pF e 20 pF. 

O transmissor é ligado a uma antena que, para pequenos alcances pode ser uma simples vareta ou pedaço de fio. 

Quando o transmissor está perfeitamente "casado" com a antena, além de maior transferência de energia são evitados alguns inconvenientes, como por exemplo, a instabilidade pela aproximação de algum objeto ou mão, ou a movimentação do aparelho. 

Assim, é comum melhorar a ligação da antena como recursos que são mostrados na figura 5. 


O número de espiras ou a posição da derivação é obtida experimentalmente para os casos mais simples. 

A escolha dos transistores para um transmissor também é importante num projeto: para pequenas potências em VHF e FM usamos o BF494 ou BF495, que são relativamente baratos e oscilam bem. 

Para potências maiores, tanto em AM como VHF, pode- mos usar o 2N2218. 

Para a faixa de AM, até mesmo transistores de áudio, podem ser experimentados. Assim, para pequenas potências temos o BC237, BC547, BC548 etc. Para potências maiores experimentem o BD136, BD135, TIP31 etc. 

No caso das válvulas, pentodos de saída de áudio podem fornecer em AM (ondas médias e curtas) potências que vão de 1 a 10 Watts com facilidade, resultando assim em potentes transmissores, quando comparados com transistores que fornecem apenas de 0,01 a 0,2 Watts de potência!

2 comentários:

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